基因芯片
基因芯片技术简介
基因芯片技术简介引言随着基因组学的快速发展，基因芯片技术作为一种高通量、高效率的基因表达分析方法，越来越受到科学家们的关注和广泛应用。
本文将介绍基因芯片技术的定义、原理、应用领域以及发展趋势。
定义基因芯片技术，又称DNA芯片技术，是利用半导体芯片上固定携带有特定DNA序列或cDNA序列的探针，通过杂交技术测定样本中的基因表达水平的一种新兴技术。
它通过将大量DNA序列固定在芯片表面上，可以同时检测成千上万个基因的表达水平，从而实现了高通量、高灵敏度、高速度的基因表达分析。
基因芯片技术的原理主要包括芯片设计、样本处理、杂交和信号检测四个步骤。
芯片设计芯片设计是基因芯片技术的核心环节。
通过将感兴趣的DNA序列打印到芯片表面上，实现对这些DNA序列的同时检测。
芯片设计要考虑到实验的目的、样本来源、携带探针的芯片类型等因素。
样本处理样本处理是基因芯片技术中非常重要的一步。
首先，需要提取样本中的RNA，并转录成cDNA。
然后，对cDNA进行标记，常见的方法是采用荧光标记。
标记完成后，将标记的cDNA与芯片上的探针进行杂交。
杂交是将标记的cDNA与芯片上的DNA探针进行特异性结合的过程。
通过杂交反应，可以使标记的cDNA与芯片上的探针发生碱基配对，从而检测基因表达水平。
信号检测信号检测是基因芯片技术的最后一步。
常见的检测方法包括荧光扫描、激光检测和图像分析等。
这些方法可以量化样本中的基因表达水平，并生成可视化的热图或散点图，以方便科学家对数据进行分析和解读。
应用领域基因芯片技术在生物学、医学和农业等领域具有广泛的应用。
生物学研究基因芯片技术的高通量性能使其成为生物学研究的重要工具。
研究人员可以通过基因芯片技术分析不同组织、不同时间点或不同个体中的基因表达变化，探究基因在生物体发育、疾病发展等过程中的功能。
医学诊断基因芯片技术在医学诊断中有着重要的应用价值。
通过分析患者样本中的基因表达谱，可以为医生提供辅助诊断和治疗的信息。
基因表达谱芯片
基因表达谱芯片（Gene Expression Microarray），简称基因芯片，是一种高通量的基因分析技术，它可以同时检测数千个基因的表达水平。基因芯片的核心是由成千上万的探针组成的芯片，每个探针可以检测一个特定的基因的表达水平。通过对样本进行处理和标记，然后与芯片上的探针进行杂交和检测，可以获得每个基因的表达水平数据。
基因芯片的应用非常广泛，特别是在生命科学领域中。它可以用于研究不同生物条件下基因表达的变化，探索基因调控机制，发现新的基因标记，甚至可以用于疾病的早期诊断和治疗。除此之外，基因芯片还可以应用于农业、环境、食品安全等领域。
基因芯片技术的优点是可以同时检测大量基因的表达水平，从而提高研究效率和减少研究成本。此外，基因芯片还可以在不需要繁琐实验和检测的情况下，快速、准确地得到大量基因表达数据。这些数据可以用于建立基因表达谱和生物信息学分析，从而发现新的基因调控机制，识别疾病相关基因和生物标志物，提高研究和诊断水平。
基因芯片名词解释
基因芯片名词解释基因芯片是一种可以同时测量几千到数百万个基因在一个特定生物样本中表达水平的大规模平行检测技术。
基因芯片通常由玻璃片或硅片制成，上面带有数千至数百万个微小的探针，每个探针与一个特定的基因序列或基因组区域相关联。
通过将待测样本中的RNA转录成cDNA，然后与芯片上的探针杂交，基因芯片可以快速、高通量地测量每个基因的表达水平。
基因芯片有许多不同的应用，包括基因表达分析、基因型检测、突变检测和DNA甲基化等。
基因芯片可以帮助科学家们揭示基因与疾病之间的关系，理解生物体内基因的功能和相互作用。
以下是基因芯片中一些常用的名词解释：1. 探针（Probe）：探针是芯片上的小片段DNA或RNA序列，用于与待测样本中的RNA或DNA杂交。
通过测量探针与待测样本中的RNA或DNA的配对程度，可以确定基因的表达水平或基因型。
2. 表达水平（Expression Level）：基因芯片可以测量基因在生物样本中的表达水平，即该基因的mRNA的相对或绝对数量。
表达水平的高低可以表明该基因在特定生物过程中的重要性。
3. 杂交（Hybridization）：基因芯片上的探针与待测样本中的RNA或DNA发生互补配对的过程。
通过杂交，可以测量样本中的RNA或DNA与探针的亲和性，从而确定基因的表达水平或基因型。
4. 基因组学（Genomics）：基因组学研究生物体内所有基因的组成、结构和功能。
基因芯片是基因组学研究中最重要的工具之一，可以帮助科学家们理解基因组的组成和调控。
5. 转录组学（Transcriptomics）：转录组学研究生物体内所有基因的转录产物，即mRNA的组成、结构和功能。
基因芯片可以帮助科学家们测量转录组的表达水平，从而理解基因在特定生物过程中的调控。
6. 基因型（Genotype）：基因型指的是一个生物体内某个基因的具体变种或突变形式。
基因芯片可以通过检测基因组中的多个SNP（单核苷酸多态性）位点，帮助科学家们确定个体的基因型。
基因芯片概念
基因芯片概念嘿，你有没有想过，在我们肉眼看不到的微观世界里，正发生着一场科技革命呢？今天呀，我就想跟你唠唠这个超酷的基因芯片。
我有个朋友叫小李，他是个生物科技迷。
有一次我们聊天，他就特别兴奋地跟我说：“你知道基因芯片吗？那可真是个神奇的东西，就像是微观世界的超级侦探！”我当时就被他这个说法给吸引住了。
基因芯片到底是啥呢？简单来说，基因芯片就像是一个超微型的基因信息库，只不过这个信息库是被集成在一块小小的芯片上的。
想象一下，把整个图书馆的书都压缩成一张小小的卡片，这卡片就是基因芯片，而那些书里的内容就是各种各样的基因信息。
这芯片的表面布满了密密麻麻的基因探针，这些探针就像一个个小触角，专门用来捕捉特定的基因片段。
我记得去参加一个科技展的时候，有个讲解员给我打了个很有趣的比方。
他说基因芯片就像是一个拥有无数小坑的筛子，每个小坑都有特定的形状，只能让特定形状的东西通过，而这些东西就是我们要检测的基因片段。
这时候我才恍然大悟，原来基因芯片的工作原理这么有趣。
基因芯片在医疗领域可是个大功臣呢。
就拿癌症检测来说吧。
以前呀，检测癌症可能要经过一系列繁琐的检查，而且有时候还不能早期发现。
但是有了基因芯片就不一样了。
医生可以通过基因芯片快速检测患者的基因样本，看看有没有那些与癌症相关的基因变异。
就像我的另一个朋友小王，他家里有人患了癌症。
他就特别担心自己也会得。
后来他去做了基因芯片检测，结果显示他并没有那些高危的基因变异。
他当时就松了一口气，高兴得不得了，直说：“这基因芯片可真是个好东西，就像给我吃了一颗定心丸！”不仅在癌症检测方面，在遗传病的诊断上，基因芯片也是威力巨大。
我有个邻居，他们家有遗传性的疾病。
他们一直担心自己的孩子也会遗传到这个病。
当孩子出生后，就赶紧做了基因芯片检测。
结果很快就出来了，幸运的是，孩子并没有携带那种致病基因。
他们一家人当时那种喜悦的心情，真的是难以形容。
他们不停地说：“基因芯片简直就是我们家的大救星啊。
基因芯片的基本原理
基因芯片的基本原理
基因芯片(Gene Chip,DNA Chip)，又称DNA微阵列(DNA Micorarray)，是指按照预定位置固定在固相载体上很小面积内的千万个核酸分子所组成的微点阵阵列。
在一定条件下，载体上的核酸分子可以与来自样品的序列互补的核酸片段杂交。
如果把样品中的核酸片段进行标记，在专用的芯片阅读仪上就可以检测到杂交信号。
基因芯片技术主要包括四个主要步骤：芯片制备、样品制备、杂交反应和信号检测和结果分析。
1、芯片制备-目前制备芯片主要以玻璃片或硅片为载体，采用原位合成和微矩阵的方法将寡核苷酸片段或cDNA作为探针按顺序排列在载体上。
芯片的制备除了用到微加工工艺外，还需要使用机器人技术。
以便能快速、准确地将探针放置到芯片上的指定位置。
2、样品制备-生物样品往往是复杂的生物分子混合体，除少数特殊样品外，一般不能直接与芯片反应，有时样品的量很小。
所以，必须将样品进行提取、扩增，获取其中的蛋白质或DNA、RNA，然后用荧光标记，以提高检测的灵敏度和使用者的安全性。
3、杂交反应-杂交反应是荧光标记的样品与芯片上的探针进行的反应产生一系列信息的过程。
选择合适的反应条件能使生物分子间反应处于最佳状况中，减少生物分子之间的错配率。
4、信号检测和结果分析-杂交反应后的芯片上各个反应点的荧光位置、荧光强弱经过芯片扫描仪和相关软件可以分析图像，将荧光转换成数据，即可以获得有关生物信息。
目前，基因芯片主要由寡核苷酸芯片和cDNA芯片两大类组成。
什么是基因芯片
什么是基因芯片基因芯片是一种用于检测和分析基因表达的技术工具。
它可以同时检测和量化数千个基因在特定生物样本中的表达水平。
基因芯片已经广泛应用于生命科学研究和临床医学领域，为我们提供了解细胞和生物体内基因调控的重要工具。
基因芯片通常由玻璃或硅片制成，具有一系列微小的孔洞或微阵列。
这些孔洞中包含着固定的DNA探针，每个探针都与一个特定的基因序列相对应。
在检测过程中，将RNA提取出来，将其转录成互补DNA，并使用荧光标记将其标记。
然后将标记的DNA片段注入基因芯片中，DNA片段与芯片上的DNA探针序列互补匹配，形成互补杂交。
通过测量荧光强度，可以确定每个基因的表达水平。
基因芯片可以提供大量有关基因表达的信息。
它可以同时检测成千上万个基因的表达水平，可以揭示出在不同条件下基因调控的变化。
例如，可以将正常组织与癌细胞组织进行比较，找出与癌症发展相关的基因表达变化。
这些信息对于了解疾病的发病机制、治疗方法和预后有着重要的意义。
基因芯片还可以用于个性化医学的研究和临床应用。
通过分析基因芯片数据，可以根据个体的基因表达谱来预测患者对某种药物的反应情况，从而指导个体化的治疗方案。
此外，基因芯片还可以用于研究基因与环境相互作用对健康和疾病的影响，为预防和控制疾病提供依据。
然而，基因芯片技术也存在一些挑战和限制。
首先，基因芯片分析需要大量的样本，才能提供可靠的结果。
其次，基因芯片技术对样本的预处理和实验操作要求非常高，操作不当可能会导致数据的偏差。
此外，基因芯片分析得到的是基因表达水平的快照，无法体现基因互作和调控的动态变化。
为了应对这些挑战，研究人员正在不断改进基因芯片的设计和数据分析方法。
例如，新一代的基因芯片可以检测更多的基因，并具有更高的分辨率和灵敏度。
同时，新的生物信息学工具和算法的开发，可以更好地处理和解释基因芯片数据，揭示更全面和准确的基因调控网络。
综上所述，基因芯片是一种重要的生物技术工具，可以帮助我们快速、准确地了解基因表达谱，揭示出基因调控的变化，为生命科学研究和临床医学提供重要的支持和指导。
基因芯片名词解释
检验检测的分类与选择检验方法的选择正确与否将直接影响到检验的结果和检验的效率,正是从这个意义上说：掌握检验的各种分类标准至关重要。
一、按照检验数量分类1、免检：免检是指如果可以得到由有资格的单位进行过检验的可靠性资料、如合格证、检验报告等，就可以不需要检验。
免检的适用范围生产过程稳定对后续生产无影响时可采用免检长期检验证明质量优良信誉很高的产品在交接中可采用免检、国家批准的免检产品或通过产品质量认证的产品可采用免检2、抽检：抽检是指按照一定的比例和取样方法抽取样品，通过逐个检验样品品质，判断总体合格与否的检验。
3、全数检验(100%检验/产品筛选)：全数检验的含义全数检验就是对全部产品逐个地进行测定，从而判定每个产品合格与否的检验。
全数检验适用范围1、产品价值高但检验费用不高时应全数检验;2、关键质量特性和安全性指标应全数检验;3、生产批量不大质量又无可靠措施保证时应全数检验;4、产品质量不稳定时应全数检验;5、精度要求比较高或对下道工序加工影响比较大的质量特性要全数检验;6、手工操作比重大质量不稳定的加工工序所生产的产品要全数检验;7、用户退回的不合格交验品应全数重检筛选不合格产品。
全数检验存在的问题1、需增加人员添置设备多设检验站点2、人力有限的条件下进行全检势必要缩短每个产品的检验时间或减少检验项目这将降低产品质量的保证程序特别提示：全数检验不能用于破坏性检测等一些试验费用昂贵的检验，对价值低、批量大的产品采用全检显得很不经济，全检也存在着错检、漏检。
在一次全检中平均只能检出70%的不合格品，如果希望得到产品100%合格，必须重复多次进行全数检验才能接近100%合格，检验误差与批量大小、不合格率高低、检验技术水平、责任心强弱等因素有关。
3.抽样检验：抽样检验的含义：抽样检验是按预先确定的抽样方案，从交验批中抽取规定数量的样品构成一个样本，通过对样本的检验推断产品批合格或产品批不合格。
抽样检验适用范围1、量多值低且允许有不合格品混入的检验;2、检验项目较多时;3、希望检验费用较少时;4、生产批量大、产品质量比较稳定的情况;5、不易划分单位产品的连续产品、例如钢水、粉状产品等;6、带有破坏性检验项目的产品;7、生产效率高、检验时间长的产品;8、有少数产品不合格不会造成重大损失的情况;9、希望检验对供应商改进质量起促进作用，强调生产方风险的场合。
基因芯片
a基因表达的检测 b发现新基因 c基因多态性的检测 d作物杂交优势预测 e鉴别假冒伪劣种子
a在空间科学上的用途 采用生物芯片技术,许多研究工作就可以在太空 中进行,成本低,研究效果却非常好. b商品检验、检疫 针对商检的内容和对象的不同，检验、检疫基 因芯片可分为四种：食品卫生检验芯片、植物检验 芯片、动物检验芯片、转基因植物检测芯片。 c环境保护 检测污染微生物或有机化合物对环境、人体、 动植物的污染和危害，同时也能够通过大规模的 筛选寻找保护基因、制备防治危害的基因工程药品 或能够治理污染源的基因产品。 d基因表达分析 e寻找新基因和基因功能研究
4完成了光敏保护试剂的全合成、对胸腺核苷 （T）5′﹣羟基的光敏保护N﹣酰基化和2′﹣脱 氧核苷的制备。
5开展了微型PCR装置、毛细血管电泳微芯片等方 面的研究工作，包括毛细血管制作、光学检测系统 温度控制系统等方面的研究工作。
中国的基因芯片的发展方向 1发展具有自主知识产权的高密度基因芯片制备的 关键技术，发展一个可进行高密度基因芯片加工基 因芯片的加工设备和工艺。 2发展和研制的基因芯片设计和分析软件。 3发展出高集成度的生物活性单元微阵列芯片，包 括DNA、PNA、多肽、蛋白质、病毒、细胞组和细 胞以及微小生物组织等生物活性微阵列芯片。玻片修饰技术、固定技术的研究， 以满足cDNA在不同修饰玻片上的高效率固定、杂 交的需要，成功地制作了每平方厘米超过25000点 的DNA芯片。 2多病毒基因检测芯片的研究，主要完成了4﹣6种 病毒基因的PCR共扩增、DNA探针的固化和简易 信号检测技术研究。 3高灵敏度的DNA芯片检测系统研究，现已初步建 立了DNA芯片检测仪，包括成像系统、软件和样品 平台等
一药物筛选 A 通过基因芯片的筛选，可以了解中药在基因水平 的调控机制，为中药的应用奠定坚实的理论基础。 B 通过基因芯片的筛选，能为中药的进一步开发和 设计提供理论指导，有利于研制单位重新组织中 药复方中的有效组分，得到专一性更强、疗效更 显著、毒性更低的新药。 C 基因芯片技术可以筛选药物的毒副作用和致畸 致突变作用。 意义：应用生物芯片来进行药物筛选寻找，查检药 物的毒性或副作用，用芯片做大规模的筛选研究可 以省略大量的动物试验，缩短药物筛选所用的时间 从而带动创新药物的研究和开发。
基因芯片
基因芯片样品的处理过程
操作的规范化
避免外源 RNase的污染
RNA分子降 解的防范
将组织立即冻存在液氮中同样，为了最大 限度地减少RNA的降解，组织块要足够小 以保证整个组织迅速彻底地冷冻
抑制内源性RNase 的活力
基因芯片样品的处理过程
RNA提取方法的选择 RNA纯化的目的：目标1：选择合适的细胞膜溶解方法。 目标2：保证能够抑制所有核糖核酸酶。 目标3：选择一种方法去除样品蛋白质。 目标4：选择核酸浓缩的方法。 目标5：选择合适的储存条件保存纯化 的RNA。
荧光标记的过程
不同标记方法 直接标记(direct labeling)是采用酶学或化学手段，通过荧光 染料直接与样品核苷或磷酸戊糖骨架共价结合，杂交后直 接检测荧光信号。 间接标记(indirect labeling)：是通过利用树状聚合物分子、 抗体或其他试剂把荧光染料分子以非共价和间接的方式连 接到样品分子上，杂交后对偶联染料进行检测。 利用Klenow聚合酶标记 其他标记方法
基因芯片操作技术
基因芯片
基因芯片（gene chip），是一块带有DNA微阵列 （microarray）的特殊玻璃片或硅芯片片，在数平方 厘米之面积上布放数千或数万个核酸探针；检体中 的DNA、cDNA、RNA等与探针结合后，借由荧光或 电流等方式侦测。经由一次测验，即可提供大量基 因序列相关信息。它是基因组学和遗传学研究的工 具。研究人员应用基因芯片就可以在同一时间定量 的分析大量（成千上万个）的基因表达，具有快速、 精确、低成本之生物分析检验能力。
用于基因表达谱分析的待测样品标记
转录后cDNA的标记 具体步骤如下： 在利于全长cDNA合成的条件下利用未修饰的dNTPs进行 反转录反应。 二、将DNA聚合酶、RNase H、大肠杆菌DNA连接酶和 dNTPs与第一链cDNA混合完成第二链合成。 三、以产生的双链cDNA为模板，利用高浓度的合适的 DNA聚合酶如具有外切酶活性的Klenow酶进行标准的随 机引物标记反应，生成完整双链cDNA的标记产物。这一 步可以采用然后偶联的dNTPs直接标记，也可以通过氨基 化的dNTP间接标记。
基因芯片特点
基因芯片特点随着生物技术的飞速发展，基因芯片技术作为现代生物技术的核心之一，已经在生命科学研究、医学诊断、药物研发、农业生物技术等领域发挥着越来越重要的作用。
基因芯片，又称为DNA微阵列，是一种高通量的生物技术工具，能够在一次实验中同时检测和分析大量基因的表达水平或基因突变情况。
本文旨在深入探讨基因芯片的特点，并概述其在不同领域的应用现状和发展前景。
一、基因芯片的主要特点1.高通量性基因芯片最显著的特点是其高通量性。
传统的基因表达或突变检测方法，如PCR、测序等，通常只能对单个或少量基因进行分析，而基因芯片则能够在同一时间内对成千上万个基因进行平行检测。
这种高通量的特性使得研究者能够快速获得大量基因的信息，从而加速科学研究的进程。
2.微型化基因芯片的另一个显著特点是其微型化。
基因芯片通常是在一块微小的固体支持物（如玻璃片、硅片或尼龙膜）上制作而成的，其上面密集地点阵排列着大量的DNA 探针。
这种微型化的特点不仅使得基因芯片的制作成本相对较低，而且还方便了实验操作和数据的获取。
3.高灵敏度基因芯片技术具有高灵敏度，能够检测到低丰度的基因表达和微小的基因突变。
这得益于芯片上高密度的探针排列和高效的杂交反应。
高灵敏度使得基因芯片在疾病早期诊断、病原体检测等领域具有广阔的应用前景。
4.特异性基因芯片的特异性是指其能够准确地区分目标基因和非目标基因的能力。
这主要归功于芯片上特异性设计的DNA探针。
这些探针能够与目标基因序列发生特异性杂交，而对非目标基因序列则不发生反应或反应极弱。
这种特异性确保了基因芯片检测结果的准确性和可靠性。
5.可重复性基因芯片实验具有良好的可重复性。
在相同的实验条件下，使用相同的基因芯片和操作方法，可以得到相似的实验结果。
这种可重复性使得基因芯片技术成为一种可靠的研究工具，其数据可以用于不同实验室之间的比较和交流。
二、基因芯片的应用领域1.生命科学研究在生命科学研究领域，基因芯片被广泛应用于基因表达谱分析、基因功能研究、基因组学研究等方面。
基因芯片
基因芯片技术的应用
芯片测序 基因图绘制 突变检测 ……. …….
…Байду номын сангаас.
…….
基因芯片
表达分析
药物研究 军事、司法
疾病诊断
农林业
一、芯片测序
1，未知序列的DNA与大量的寡核苷酸集合的杂交 2，完整的双链体的寡聚物的鉴定与分析
3，重建DNA序列 一百万个12核苷酸的点阵可测定1000个碱基 的序列
二、突变检测
四、杂交信号的检测
1、激光共聚焦扫描
光源：特定波长的光 激发面积：<100m2 ScanArray 3000 2、CCD 成像术 光源：连续波长的光（如弧光灯） 激发面积：同时激发多个1cm2
五、芯片数据的处理和分析
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图像的处理
数据的获取、存储与显示
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芯片数据统一化
芯片数据的统计学分析 芯片数据的生物学分析
基因芯片的产生背景
• 传统技术的不断改进 • 基因信息分析规模不断扩大 -人类基因组计划的需求 （Human Genome Program) -后基因组时代的需求
Southern blot Northern blot Dot blot
多点Dot blot
基因芯片
基因芯片的历史
八十年代末期俄美科学家提出杂交法测序 1992年世界第一块原位合成基因芯片在美 国Affymetrix诞生 1995年世界第一块微矩阵基因芯片在 Stanford大学实验室诞生
基因芯片技术流程
基因芯片的制备
制备方法及点样仪器
•探针的制备：标记方法 •杂交：杂交液、杂交温度、
洗涤条件的选择 扫描仪:激光
CCD
杂交
何为基因芯片简述其原理及应用
何为基因芯片简述其原理及应用基因芯片（gene chip）是一种在一个固定的芯片上容纳了数千至数百万个特定DNA探针（DNA probe）的生物芯片。
它是通过标记特定DNA序列的方法，用于检测和分析DNA序列的存在和表达。
基因芯片可以帮助科学家了解某个生命体的基因组以及基因在不同条件下的表达情况，进而揭示基因与疾病之间的关联，以及基因与环境之间的相互作用。
基因芯片的原理是利用互补基因的碱基配对原则，通过将一个小小的、可能存在于样品中的DNA片段与芯片上的DNA序列进行杂交，来检测该DNA片段的存在。
基因芯片上的DNA序列由探针构成，探针的选择是根据以往的基因信息和预设的基因库来确定的。
当待测的DNA片段与探针杂交时，这个杂交信号会在芯片上通过荧光或其它信号的形式来探测和分析。
基因芯片的应用非常广泛。
主要应用有以下几方面：1. 基因表达分析：可以通过检测基因芯片上的探针与待测样品中的RNA分子杂交的信号强度来了解不同生物条件下基因的表达水平。
通过比较不同样品的表达谱，可以发现与特定生理和病理状态相关的基因，了解基因在不同组织器官、不同疾病及不同治疗方案下的表达差异。
2. 基因组分析：基因芯片可以用于整个基因组的分析，包括检测基因等位基因的表达和遗传突变等。
通过对不同个体基因组的比较和分析，可以寻找与多种遗传性疾病相关的突变以及基因变异。
基因芯片还可以用于寻找与抗生物药物抗性相关的基因突变，以指导个性化治疗。
3. 疾病诊断和预测：基因芯片可以用于不同疾病的诊断和预测，包括癌症、心脑血管疾病等。
通过检测样品中特定的基因表达谱，可以判断个体是否处于正常状态或疾病状态，以及预测个体患病的风险。
基因芯片还可以用于药物疗效预测，通过分析患者基因表达差异，预测特定药物对患者的疗效，并指导个性化治疗。
4. 细菌和病毒检测：基因芯片可以用于检测和鉴定细菌和病毒等微生物的存在和基因组成。
通过将待测细菌或病毒的DNA与芯片上的特定探针进行杂交，在芯片上检测出杂交信号，可以快速而准确地鉴定细菌或病毒的类型和数量。
基因芯片原理
基因芯片原理基因芯片是一种高通量的生物技术工具，它可以在单个实验中检测数千个基因的表达水平。
基因芯片的原理是基于DNA互补配对原理，通过将待检测的DNA片段与芯片上固定的DNA探针进行互补配对，从而实现对基因表达水平的检测和分析。
基因芯片主要分为两类，杂交型基因芯片和串联型基因芯片。
杂交型基因芯片是将待检测的RNA样本标记后杂交到芯片上的DNA探针上，通过测定标记物的强度来确定基因的表达水平。
而串联型基因芯片则是通过将待检测的RNA样本转录成cDNA，然后通过PCR扩增后杂交到芯片上的DNA探针上，再通过测定标记物的强度来确定基因的表达水平。
基因芯片的原理核心在于DNA互补配对。
每个基因都有其特定的DNA序列，而基因芯片上的DNA探针也是特异性地固定在芯片上的。
当待检测的RNA样本与芯片上的DNA探针互补配对后，形成了RNA-DNA杂交体。
通过检测RNA-DNA杂交体的强度，可以确定待检测基因的表达水平。
基因芯片的原理还涉及到信号检测和数据分析。
在基因芯片实验中，待检测的RNA样本需要进行标记，一般采用荧光标记或生物素标记。
标记后的RNA样本通过杂交到芯片上的DNA探针后，需要通过扫描仪等设备检测标记物的强度。
得到的原始数据需要进行预处理、标准化和差异分析等步骤，最终得到基因表达谱。
基因芯片的原理虽然看似简单，但其中涉及到的技术和方法却是相当复杂的。
从样本的提取、标记、杂交到数据的分析和解读，都需要高度的技术和专业知识。
因此，基因芯片技术在生物医学研究、药物研发、疾病诊断等领域有着广泛的应用前景。
总的来说，基因芯片的原理是基于DNA互补配对的技术，通过检测RNA-DNA杂交体的强度来确定基因的表达水平。
基因芯片技术的发展将为生命科学领域的研究和应用带来更多的可能，也将有助于加快疾病诊断和治疗的进程。
基因芯片技术无疑将成为生物医学领域的重要工具，为人类健康事业做出更大的贡献。
基因芯片简介
基因芯片简介
基因芯片是一种利用微流控技术在芯片上固定大量具有特定DNA序列的探针来检查特定基因表达水平的技术。
基因芯
片不仅可以对遗传研究有很大帮助，而且在农业、医学、环境保护和食品安全方面也有重要应用。
基因芯片的原理是利用近代生物技术制作不同的DNA探针，并将其固定在芯片上。
随后将待测样品（RNA或DNA）转录或扩增成草图，并标记为荧光信号。
将样品加入基因芯片中，通过探针和标记的信号进行杂交检测，并通过图像分析软件对给定基因的表达水平进行数值化。
基因芯片具有很多优点，例如高通量、高灵敏度、多重检测、自动化和实时监测。
其中，高通量（high throughput）是
指能够在极短时间内同时检测数万个基因，非常适合研究复杂疾病。
而高灵敏度（high sensitivity）则是指能够检测到样品中非常微量的基因片段，尤其适用于体细胞杂交、基因突变和表达定量等领域。
基因芯片的应用非常广泛，主要包括基因表达分析、基因突变检测、药物筛选、微生物和环境的基因分析等。
其中最重要的应用之一是基因诊断（genetic diagnosis），它能够在早期检测出一系列遗传疾病，并预测携带者的风险率。
此外，基因芯片还可以用于分析基因的表达模式、动态变化过程和有关调节因素的信息，有助于研究疾病的发生机理和治疗方法。
总之，基因芯片已成为基因和分子生物学中最重要的技术之一，为遗传研究提供了重要的工具。
随着技术的不断更新和发展，基因芯片在生命科学、医学和生物工程等领域的应用将会更加广泛和深入。
基因芯片
基因芯片基因芯片(genechip)（又称DNA芯片、生物芯片）的原型是80年代中期提出的。
基因芯片的测序原理是杂交测序方法，即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定的方法，在一块基片表面固定了序列已知的八核苷酸的探针。
当溶液中带有荧光标记的核酸序列TATGCAATCTAG，与基因芯片上对应位置的核酸探针产生互补匹配时，通过确定荧光强度最强的探针位置，获得一组序列完全互补的探针序列。
据此可重组出靶核酸的序列。
基因芯片- 概述基因芯片(gene chip)的原型是80年代中期提出的。
基因芯片的测序原理是杂交测序方法，即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定的方法，可以用图11-5-1来说明。
在一块基片表面固定了序列已知的八核苷酸的探针。
当溶液中带有荧光标记的核酸序列TAT GCAATCTAG，与基因芯片上对应位置的核酸探针产生互补匹配时，通过确定荧光强度最强的探针位置，获得一组序列完全互补的探针序列。
据此可重组出靶核酸的序列。
基因芯片又称为DNA微阵列(DNA microarray)，可分为三种主要类型：1）固定在聚合物基片（尼龙膜，硝酸纤维膜等）表面上的核酸探针或cDNA片段，通常用同位素标记的靶基因与其杂交，通过放射显影技术进行检测。
这种方法的优点是所需检测设备与目前分子生物学所用的放射显影技术相一致,相对比较成熟。
但芯片上探针密度不高，样品和试剂的需求量大，定量检测存在较多问题。
2）用点样法固定在玻璃板上的DNA探针阵列，通过与荧光标记的靶基因杂交进行检测。
这种方法点阵密度可有较大的提高，各个探针在表面上的结合量也比较一致，但在标准化和批量化生产方面仍有不易克服的困难。
3）在玻璃等硬质表面上直接合成的寡核苷酸探针阵列,与荧光标记的靶基因杂交进行检测。
该方法把微电子光刻技术与DNA化学合成技术相结合，可以使基因芯片的探针密度大大提高，减少试剂的用量，实现标准化和批量化大规模生产，有着十分重要的发展潜力。
基因芯片
基因芯片
什么是基因芯片？
中文名称：基因芯片 英文名称：gene chip 定义1：固定有寡核苷酸、基因组DNA或互补DNA等的生物芯片。 利用这类芯片与标记的生物样品进行杂交， 可对样品的基因表达谱生物信息进行快速定性和定量分析。 应用学科：生物化学与分子生物学（一级学科）；方法与技术（二级学科） 定义2：固定有寡核苷酸、基因组DNA或cDNA等的生物芯片。利用这类芯片与标 记的生物样品进行杂交，可对样品的基因表达谱生物信息进行快速定性和定量 分析。应用学科：细胞生物学（一级学科）；细胞生物学技术（二级学科）
Science
谈科学之基因芯片
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检测原理 由于所使用的标记物不同，因而相应的探测方法也各具特色。大多数研究 者使用荧光标记物，也有一些研究者使用生物素标记，联合抗生物素结合 物检测DNA化学发光。通过检测标记信号来确定DNA芯片杂交谱型。
结 语
※ 作为一种高通量的自动化检测技术，基因芯片在病原体的检测和疾病 诊断、药物靶点筛选、耐药性和疾病治疗、基因变异和疾病预防等方 面有广阔的应用前景。 ※ 基于PCR、碱基配对、标记技术、固相化技术基础上的基因芯片技术， 同样存在上述基础技术中在敏感性特异性、运行成本等方面待解决的 问题。 ※ 随着研究的不断深入和技术的更加完善基因芯片一定会在生命科学研 究领域发挥出其非凡的作用。
2011年11月2日，美国安全化妆品运动联盟表示，强生婴儿洗发水中含有可致癌的二恶烷以及季铵盐15。美国、中国、加拿大等5国市场所售产品中仍含有该物质。
图片展示介绍
在此简单地展示一些基因芯片及其制作过程。
>基因芯片 显然 基因芯片技术已经取得了 长足的发展，得到世人的 瞩目。 展示基因芯片的制作过程。
基因芯片
压电谐振阵列自动检测系统
电磁屏蔽系统
传感器阵列
振荡电路
频率采 集电路
计算机
参比传感器
检测系统连接示意图
生物芯片无论是概念还是技术都 在飞速发展中，在此无法一一列举。 其实，只要抓住了芯片集成、可寻址 与平行分析的灵魂，我们完全可以根 据自己的需要设计特殊应用的芯片， 也可以根据我们所掌握的先进技术开 发特殊技术生物芯片…
Picture from Nanogne website: /
电子芯片实质上是一种由电场（或电、磁场）
指导杂交反应的芯片技术。 芯片制作：在带有正电荷的硅片上制成1mm2的阵列，每
个阵列含多个微电极，在每个电极上通过氮化硅沉积和蚀刻制 备出样品池；将含有亲和素的琼脂糖覆盖在电极上制成。
是基于生物微芯片的便携式分析系统，可集成式地完成样品 制备、生化反应及结果检测。是生物芯片发展的终极目标。
cDNA芯片
DNA芯片
信息生物芯片
Oligo芯片
组织芯片 生物芯片
蛋白芯片 微流体芯片 功能生物芯片 芯片实验室
基因芯片技术最早是作为测序 方法而提出，后来作为高通量的 基因信息分析工具得到重视和发 展。 现在，“芯片”概念已经在生 物技术领域得到普遍接受和拓展。
合成点样 原位合成（in situ synthesis）
cDNA芯片采用点样技术
合成点样技术
在用合成点样法生产基因芯片时，先合成4n 种寡核苷酸探针，n为探针长度；然后，将 每一种探针精确定位点样于选定的载体上。
合成点样法生产基因芯片的工作量非常大， 以合成8聚体寡核苷酸探针为例，就要合成 48=65536种探针！
尽管基因芯片在医学检验中的应用前
景普遍看好，但目前还没有一种诊断芯
基因芯片的原理与应用
基因芯片的原理与应用基因芯片（gene chip）是一种高通量基因分析技术，可以快速、准确地检测和分析上千种基因在一些生物体内的表达情况。
基因芯片的原理是利用光刻技术将上千种基因序列固定在芯片上，然后通过杂交、加标和扫描等步骤，得到样本中各个基因的表达水平。
基因芯片的基本结构包括探针、阵列和读取系统。
探针是芯片上固定的DNA或RNA片段，可以与样本中的基因序列互补配对。
阵列是指将上千种探针有序排列在芯片上的格点状结构。
读取系统包括光源和光电探测器，用于探测芯片上每个探针与样本中目标基因的结合情况。
1.基因表达分析：基因芯片可以同时检测上千种基因在一些生物体内的表达情况，帮助研究者了解基因表达的调控机制。
通过比较不同状态下的基因表达差异，可以发现与疾病、发育和环境有关的基因。
2.基因突变检测：基因芯片可以检测一些生物体中基因的突变情况，帮助研究者发现与疾病相关的突变基因。
通过与正常基因序列比对，可以识别出基因中的缺失、替代或插入等突变。
3.药物研发：基因芯片可以在药物研发中发挥重要作用。
研究者可以将细胞或组织在不同处理条件下进行基因表达分析，从而筛选出对药物敏感的基因或靶标，并用于新药的靶标验证和效果评估。
4.个体化医学：基因芯片可以为个体化医学提供基因信息。
通过基因芯片分析，可以了解一个人在基因水平上的个体差异，为个体化的健康管理和疾病预防提供依据。
此外，在临床诊断中，基因芯片也可以协助医生筛选出与患者疾病相关的基因。
5.遗传学研究：基因芯片可以用于遗传学研究。
通过比较不同物种或个体之间的基因表达差异，可以揭示基因在进化、发育和适应性演化中的作用。
同时，基因芯片也可以进行基因型和表型的关联研究，帮助揭示一些遗传疾病的发病机制。
基因芯片技术的发展为生命科学领域带来了革命性的突破。
其快速、高通量、高灵敏度的特点使得基因芯片成为研究基因表达和生物信息的重要工具之一、未来，随着基因芯片技术的进一步发展，相信它在生命科学研究和医学应用中的作用会更加广泛和深远。
基因芯片检测
基因芯片检测基因芯片是一种用于检测个体基因组信息的高通量分析工具。
它利用微阵列技术将数千个基因的序列探针固定在小芯片上，通过配对DNA样本上的碱基与芯片上的序列探针进行杂交反应，然后利用扫描技术读取反应结果。
基因芯片检测可以同时分析多个基因的表达水平、基因突变和拷贝数变异等信息，广泛应用于基因组学研究、个体基因组定制医学和早期疾病预测等领域。
基因芯片检测的原理是将DNA样本分离出其中的RNA，然后使用逆转道聚合酶链反应（RT-PCR）将RNA转化为DNA，接着将DNA样本加入基因芯片中进行杂交反应。
基因芯片上的序列探针具有高度特异性，可以与来自DNA样本的特定基因序列发生特异性杂交。
通过测定杂交反应强度，可以了解样本中不同基因的表达水平或基因突变情况。
此外，基因芯片还可以利用与拷贝数变异相关的探针对基因组中的拷贝数变异进行检测。
基因芯片检测的应用范围非常广泛。
在基因组学研究中，基因芯片可以用于筛选与疾病相关的基因、寻找新的治疗靶点以及对药物的反应进行预测。
在个体基因组定制医学中，基因芯片可以评估个体对特定药物的代谢能力、检测个体患病风险以及提供个性化的健康管理方案。
此外，基因芯片还可以通过检测胚胎基因组中的染色体异常、单基因病遗传突变以及产前筛查等，为家庭计划和生殖健康提供重要信息。
基因芯片检测的优势主要体现在高通量、高灵敏度和高特异性等方面。
相比传统的PCR方法，基因芯片可以同时检测数千个基因，大大提高了检测效率。
此外，基因芯片检测还可以使用微量的样本，减少对样本量的需求。
对于极度稀少的突变，基因芯片检测仍能提供高灵敏度和高特异性。
同时，基因芯片的结果具有较高的重复性和可靠性，能够为临床诊断和治疗提供准确的依据。
然而，基因芯片检测也存在一定的局限性。
首先，基因芯片的设计需要依赖于已知的基因信息，对于未知的基因变异难以进行分析。
其次，基因芯片检测的结果可能受到实验条件、杂交反应的效果以及数据分析的方法等因素的影响，需要进一步优化和标准化。
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40万组寡核苷酸。
(二）样品的准备
样品的分离纯化：DNA , mRNA 扩增：PCR, RT—PCR 探针的标记： 荧光标记（常用Cy3、 Cy5），生物素、放射性标记,通常是在待 测样品的PCR扩增、逆转录或体外转录过 程中实现对探针的标记。对于检测细胞内 mRNA表达水平的芯片,一般需要从细胞和 组织中提取RNA,进行逆转录,并加入偶联有 标记物的dNTP,从而完成对探针的标记过程。
支持物的预处理
实性材料：硅芯片、玻片和瓷片,需进行 预处理,使其表面衍生出羟基、氨基活性 基团。 膜性材料：聚丙烯膜、尼龙膜、硝酸纤 维膜,通常包被氨基硅烷或多聚赖氨酸。
2、目前常用的基因芯片制作方法：
接触点样法 喷黑法
原位合成法
接触点样法：是将样品直接点在基体上.
优点是仪器结构简单、容易研制，是一种快
同位素标记靶基因，其后的信号检测即是放射
自显影；若用荧光标记，则需要一套荧光扫描 及分析系统，对相应探针阵列上的荧光强度进 行分析比较，得到待测样品的相应信息。
激光激发使含荧光标记的DNA片段发射 荧光 激光扫描仪或激光共聚焦显微镜采集各 杂交点的信号
软件进行进行图象分析和数据处理
四、基因芯片的应用
基因芯片技术主要包括四个主要步骤：
芯片制作 样品制备 分子杂交 信号检测与结果分析
（一）芯片的制备
1、载体材料要求：
①载体表面必须具有可以进行化学反应的活性基 团，以便与生物分子进行偶联。 ②使单位载体上结合的生物分子达到最佳容量。 ③载体应当是惰性的和有足够的稳定性，包括机 械的、物理的和化学的稳定性。 惰性:是指载体的其他性能或特异性吸附都不应该 干扰生物分子的功能。 稳定性:是指在进行分子杂交或结合时，可能遭受 一定的压力或酸、碱条件而不发生变化。
速、经济、多功能的仪器，可以在3.6cm2面 积内点上10000个cDNA。不足之处是每个样 品都必须合成好、经过纯化、事先保存的。
喷黑法:是以定量供给的方式，通过压电
晶体或其他推进形式从很小的喷嘴内把生物 样品喷射到玻璃载体上。同样需要合成好的 纯样品，包括cDNA、染色体DNA片段和抗体。 在1cm2面积上可喷射10000个点。
第四章 基因芯片技术
一、基因分析芯片开发的动力
1、遗传信息迅猛增长 2、相关学科与技术的高度发展和相互渗透
二、定义 基因芯片 (gene chip):
就是将大量探针分子固定于支持
物上，根据碱基互补配对原理，与标
记的样品分子进行杂交，通过检测杂
交信号的强度及分布进而获取样品中
靶分子的数量和序列信息。
（一） 疾病的诊断与治疗：寻找和 检测与疾病相关的基因及在RNA水平上
检测致病基因的表达。
（二）、基因芯片技术与中药品种 鉴定
使用基因芯片对中药进行鉴别的前提是找出
标准品的特定基因排列方式，然后用这些特定基
因在硅片基上制作“基因探针”，如果在中药供
试品种存在与之互补的特定基因，“基因探针”
可能把它测试出来，从而达到鉴别的目的。
不同药物或不同 药物成分
癌细胞株
提取细胞株中的mRNA
察看基因表达情况的变化
原位合成法：主要是美国Affymetrix公司开发的寡
聚核苷酸原位光刻DNA合成技术。
采用的技术原理是在合成碱基单体的5’羟基末端连
上一个光敏保护基，利用光照射使羟基端脱保护， 然后逐个将5’端保护的核苷酸单体连接上去，这个 过程反复进行直至合成完毕。此方法的优点是合成 循环中探针数目呈指数增长，在1.6cm2面积上合成
近年来运用的多色荧光标记技术可 更直观地比较不同来源样品的基因表达差
异，即把不同来源的探针用不同激发波长
的荧光素标记，并使它们同时与基因芯片
杂交，通过比较芯片上不同波长荧光的分
布图获得不同样品间差异表达基因的图谱，
常用的双色荧光试剂有Cy3-dNTP和Cy5dNTP。
(三)分子杂交
该反应是指标记的样品与芯片上的靶基因
蛋白质芯片(protein chip):
就是选择一种能够牢固地结合蛋白质
分子(抗原或抗体)的固相载体，在上面按 预先设计的方式固定大量蛋白质(抗原或抗 体)，形成蛋白质的微阵列，然后加入与之 特异性结合的带有特殊标记的蛋白质分子 (抗原或抗体)，通过对标记物的检测来实 现抗原抗体的互检。
三、基因芯片的制备
进行杂交，产生检测信号的过程。
与经典分子杂交的区别：杂交时间短，30
分钟内完成,可同时平行检测许多基因序列。
影响杂交分子和探针的序列组成、盐浓度、
杂交温度和反应时间、DNA二级结构等。
(四)信号检测与结果分析
芯片经杂交反应后，各反应点形成强弱不 同的光信号图像，用芯片扫描仪和相关软件加 以分析，即可获得有关的生物信息。如果是用
特征DNA序列1
特征DNA序列2
特征DNA序列3
从9种贝母球茎的 基因组DNA
选取每种贝母的 特定序列 制成基因芯片 检测贝母药材 的真伪优劣
（三）基因芯片 与中药新药的研究开发
通过检测不同药物成分作用于细胞后 基因表达的变化,迅速找到有效成份, 从而更快速、更准确地进行药与药的 配伍、成分与成分的配伍,缩短新药 研究的周期。